深瞳工作室出品
科技日報記者 都芃 策劃 劉莉 李坤
進入冬季，云南騰沖的天氣逐漸變涼。一場雨過后，最低氣溫已不足10攝氏度。
但在當?shù)責岷ｏL景區(qū)內(nèi)，一口直徑3米的“大鍋”正在晝夜不息地翻滾沸騰?！板仭敝惺菑臄?shù)千米深地下一路沖出地表的溫泉水，溫度高達97攝氏度，還沒靠近就能聞到淡淡的硫磺味。這口鍋被形象地稱為“熱海大滾鍋”。
云南騰沖“熱海大滾鍋”。視覺中國供圖
這樣的地熱溫泉在云南星羅棋布，每年吸引眾多游客慕名前來體驗。但在從事地熱能開發(fā)研究多年的專家們看來，如此優(yōu)質(zhì)的地熱資源，如果僅停留在溫泉開發(fā)，實在可惜。
溫泉只是地熱能眾多利用方式之一。我國地熱資源豐富，地熱能直接利用規(guī)模連續(xù)多年位居世界第一，是無可爭議的地熱大國。
20世紀70年代，我國開始對地熱能進行規(guī)?；?，一度掀起“地熱會戰(zhàn)”。但受當時技術(shù)條件限制，地熱產(chǎn)業(yè)沒能進一步發(fā)展壯大。
近年來，隨著技術(shù)的不斷突破，以及“雙碳”目標的提出，人們再次將目光投向作為清潔能源之一的地熱能。
但在沉寂數(shù)十年后，高價值利用占比低、商業(yè)模式不成熟、管理機制待完善等問題，正困擾著我國地熱產(chǎn)業(yè)。如何讓地熱產(chǎn)業(yè)“沸騰”，有待各方共同探索。
我國地熱能直接利用規(guī)模全球最大
地熱能是地球內(nèi)部以熱的形式蘊藏的能量，其主要來源是地球的熔融巖漿和內(nèi)部放射性物質(zhì)衰變。由于地球內(nèi)部一直在不停地釋放熱量，因此，地熱能取之不盡用之不竭，是可循環(huán)利用的清潔能源，被列為五大非碳基能源之一。
地熱資源種類繁多。按照不同的地質(zhì)構(gòu)造特征、熱流體傳輸方式、溫度范圍等，我國地熱資源大致可分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖資源等。分布區(qū)域最淺的僅位于地表下數(shù)米，最深的則達地下數(shù)千米。
與化石能源儲量相對匱乏不同，我國可以算得上是地熱資源“富國”。2017年，原國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局組織對我國地熱資源摸底調(diào)查結(jié)果顯示，我國開采利用規(guī)模最大的水熱型地熱資源儲量十分豐富，總量折合標準煤約12500億噸，其中每年可開采量折合標準煤達18.65億噸，是2022年全國能源消費總量的34%。對于開采難度較大、目前暫不具備大規(guī)模開采條件的干熱巖資源，其資源儲量更是高達856萬億噸標準煤，潛力巨大，被認為是未來的戰(zhàn)略資源。
地熱能的開發(fā)利用大致可分為直接利用和地熱發(fā)電兩種。對于淺層地熱資源，以及中低溫的水熱型地熱資源，通常以直接利用為主，如地源熱泵、地熱供暖、溫泉康養(yǎng)等。對于高溫水熱型地熱資源，地熱發(fā)電則是價值更高的利用方式。
無論是直接利用還是地熱發(fā)電，對于水熱型地熱資源，其利用技術(shù)的核心都是“取熱不耗水”，即從開采井中將蘊含熱量的地熱水抽取出來，利用換熱器吸收水中的熱量，隨后再將失去熱量的冷水通過回灌井重新注回取水層。經(jīng)過一段時間，地下熱源會將冷水重新加熱，等待再次開采。整個過程中，地下熱源就像一臺鍋爐，通過不斷加熱地下水，實現(xiàn)地熱能的循環(huán)利用。這種地熱資源開采方式要求必須對抽取的地熱水進行100%回灌，以實現(xiàn)“采灌平衡”，保證地熱資源可持續(xù)利用。此外，還有部分地熱發(fā)電技術(shù)直接利用地熱蒸汽進行發(fā)電，對地下水的抽取量更低，近乎為零。
根據(jù)世界地熱大會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，我國地熱直接利用裝機容量達40.6吉瓦，占全球38%，連續(xù)多年位居世界首位。其中，地熱熱泵裝機容量26.5吉瓦；地熱供暖裝機容量7.0吉瓦，相比2015年增長138%，是所有直接利用方式中增長最快的。到2021年底，我國地熱供暖（制冷）能力已達13.3億平方米。
雄安新區(qū)正位于我國三大地熱帶之一的華北地熱帶內(nèi)。區(qū)內(nèi)地熱資源豐富，地熱供暖起步早、發(fā)展迅速，成為當?shù)氐闹饕┡绞?。在雄安的冬季，看不到高聳的煙囪“吞云吐霧”，只有地下源源不斷的熱量溫暖千家萬戶。
早在2009年，當時的河北雄縣便與中國石化合作開發(fā)當?shù)氐責豳Y源。到雄安新區(qū)設(shè)立前，雄縣縣內(nèi)已擁有地熱井77口（包括回灌井29口），換熱站35座，建成供暖能力450萬平方米，城區(qū)95%以上的建筑實現(xiàn)地熱供暖，基本實現(xiàn)了城區(qū)地熱集中供暖全覆蓋。而在雄安新區(qū)設(shè)立后，截至2023年底，雄安三縣共建成以地熱為主的清潔供暖換熱站超百座，敷設(shè)供熱管網(wǎng)約550公里，供暖面積超700萬平方米。
今年入冬以來，雄安新區(qū)室外最低氣溫已降至零下，但在雄安新區(qū)鑫城小區(qū)，室內(nèi)溫度達到20攝氏度。走進位于該小區(qū)內(nèi)的中國石化綠源公司人才家園換熱站，記者看到，粗壯的銀色管道布滿房間，廠房內(nèi)整潔、安靜。工作人員告訴記者，供暖季到來后，來自地下深處、蘊含熱量的水會被抽取上來，在這里進行熱量交換，加熱供暖水。隨后水循環(huán)系統(tǒng)將被加熱的供暖水通過管道送入千家萬戶。這也是全國首批通過行業(yè)權(quán)威機構(gòu)正式認證的地熱能開發(fā)利用標準化示范項目。目前，該換熱站每個供暖季可為人才家園社區(qū)50.8萬平方米范圍提供供暖服務(wù)，地熱尾水實現(xiàn)100%回灌。
雄安新區(qū)鑫城人才家園地熱站。受訪者供圖
地熱發(fā)電裝機容量跌至世界第19位
作為清潔能源之一，地熱能除了直接利用，在發(fā)電方面也同樣獨具優(yōu)勢，被認為是更具價值的利用方式。
“我們都說發(fā)電的本質(zhì)是‘燒開水’，地熱發(fā)電不需要我們自己把水燒開，抽上來的直接就是高溫水。”香港中文大學（深圳）城市地下空間及能源研究院、地熱能科學技術(shù)（大理）研究院院長張大偉向記者介紹，通常90攝氏度以上的地熱水便可用于發(fā)電，溫度越高，發(fā)電效率越高。
地熱發(fā)電最大的優(yōu)勢是穩(wěn)定。相比風力、水力、光伏等“看天吃飯”的清潔能源，地熱發(fā)電受天氣影響極小，穩(wěn)定性甚至可以媲美火力發(fā)電。
羊易地熱發(fā)電站是我國海拔最高、技術(shù)最先進的地熱電站，裝機容量16兆瓦。在全年8760小時中，羊易電站能夠穩(wěn)定發(fā)電8732小時，每年只需數(shù)小時的停電檢修時間。相比之下，我國2022年風力發(fā)電年均利用時間為2259小時，光伏發(fā)電為1202小時，即使是利用時間相對較長的水力發(fā)電，也僅在3500小時左右。因此，地熱發(fā)電的年均利用時長是水電、風電、光伏的2—7倍，這意味著同等裝機容量的機組，地熱發(fā)電可以產(chǎn)生更多電量。
我國海拔最高的地熱電站羊易電站投運至今，累計發(fā)電突破5億千瓦時。新華社記者 晉美多吉攝
穩(wěn)定性不僅能夠提升電站運行的經(jīng)濟效益，在清潔能源發(fā)電占比逐漸提升、電力系統(tǒng)所面臨的不穩(wěn)定性挑戰(zhàn)逐漸增大時，地熱發(fā)電憑借超強的穩(wěn)定性可有效應(yīng)對新能源發(fā)電占比增加對電力系統(tǒng)帶來的波動風險，有望在多能互補的新型能源體系建設(shè)中發(fā)揮重要作用。此外，地熱發(fā)電占地面積小、部署靈活、對生態(tài)環(huán)境影響較小等優(yōu)勢也讓其備受青睞。
雖然地熱發(fā)電優(yōu)勢明顯，但一個令人尷尬的現(xiàn)實是，我國地熱發(fā)電的建設(shè)規(guī)模卻落后于世界上很多國家。截至2022年底，全球地熱發(fā)電裝機量約1.6萬兆瓦，我國地熱發(fā)電裝機量僅為50多兆瓦，占全球總裝機量的0.3%?！斑€在運行的可能只有20多兆瓦?！睆埓髠ケ硎荆瑥牡責岚l(fā)電的裝機容量看，我國已經(jīng)由20世紀70年代末的全球第8，下降到了目前的第19位。
我國曾是世界上第8個掌握地熱發(fā)電技術(shù)的國家。20世紀70年代，時任地質(zhì)部部長李四光看好地熱能發(fā)展?jié)摿?，在全國掀起了一場“地熱會?zhàn)”。1970年，我國在廣東豐順建立了第一座試驗地熱發(fā)電站。隨后，江西宜春、河北懷來、湖南寧鄉(xiāng)等地都建起了地熱發(fā)電項目。其中，1977年投產(chǎn)的西藏羊八井高溫地熱發(fā)電項目是我國地熱發(fā)展史上濃墨重彩的一筆。羊八井井口噴出的地熱水，溫度最高可達172攝氏度。該地熱發(fā)電項目的發(fā)電量，曾占拉薩電網(wǎng)全年供電量的40％，冬季超過60％，為拉薩市發(fā)展提供了重要能源保障。
但受限于當時的技術(shù)條件，我國能動用的地熱資源并不多，開采成本居高不下。最終，這場“地熱會戰(zhàn)”逐漸沉寂，沒能取得持續(xù)發(fā)展。
從1977年羊八井電站投產(chǎn)，到2018年羊易電站建設(shè)，中間40余年間，我國再沒有大規(guī)模地熱發(fā)電站項目上馬。截至2020年，國內(nèi)在運行的地熱電站只剩6座。
凸顯地熱發(fā)電規(guī)模效應(yīng)需多管齊下
沉寂40余年的地熱發(fā)電，如今在“雙碳”目標的召喚下，伴隨著開采技術(shù)的進步，正重新得到青睞。但停滯數(shù)十年造成的空白，也讓其在今天的發(fā)展面臨諸多阻礙。
必須承認的一點是，最適宜發(fā)電的水熱型高溫地熱資源在我國地熱資源總量中占比并不大。根據(jù)2017年的調(diào)查結(jié)果，我國水熱型高溫地熱資源總量折合標準煤141億噸，每年可采量折合標準煤0.18億噸，發(fā)電潛力為846萬千瓦，僅占水熱型地熱資源可開采總量的不到1%。
雖然占比不大，但面對846萬千瓦的開發(fā)潛力，目前僅數(shù)十兆瓦的裝機容量幾乎可以忽略不計。
造成這一尷尬局面的主要原因仍然是地熱發(fā)電居高不下的建設(shè)成本。地熱發(fā)電項目建設(shè)成本主要集中在前期勘探鉆井環(huán)節(jié)。要開發(fā)利用地熱資源，首先要摸清其具體分布情況，也就是哪里有熱，溫度有多高。
地熱發(fā)電依賴中高溫水熱型地熱資源，其往往分布在地下數(shù)千米。如何精準找到熱源并不是一件容易的事。“目前我國地熱資源的家底還沒有完全摸清，最新的調(diào)查數(shù)據(jù)也是2017年的，并且精度不高，還無法有效指導(dǎo)地熱資源勘探?！睆埓髠ブ毖?，摸不清帶來的直接后果是“打不準”。地熱鉆井就像開盲盒，“有沒有地熱水、有多少度的地熱水，這些都有很大不確定性。一口井打幾千米，沒有符合要求的水，這是常有的事”。
而一旦水溫無法達到發(fā)電要求，投入成本也將“打水漂”。加之目前我國探明的水熱型高溫地熱資源主要分布于西南地區(qū)，當?shù)叵{能力有限，長距離運輸會再次增加成本。這些因素都使得在目前電價水平下，地熱發(fā)電難以吸引市場更多投入，企業(yè)積極性不高。
建設(shè)規(guī)模小，致使行業(yè)無法形成規(guī)模效應(yīng)，進一步推升了地熱發(fā)電開發(fā)成本，陷入一種惡性循環(huán)。曾參與西藏羊八井和羊易電站建設(shè)的西藏地熱產(chǎn)業(yè)協(xié)會會長王善民告訴記者，國內(nèi)的地熱發(fā)電裝機規(guī)模至少要達到200兆瓦，才能實現(xiàn)規(guī)?；c燃煤火電的標桿電價持平，實現(xiàn)平價上網(wǎng)。但目前建設(shè)規(guī)模距離這個目標相去甚遠，規(guī)?；?yīng)遲遲未能形成。
除了前期建設(shè)成本居高不下，目前關(guān)于地熱資源利用尤其是地熱發(fā)電的相關(guān)法規(guī)政策也有待進一步明確。2020年新出臺的資源稅法將地熱列為能源礦產(chǎn)，要求按原礦1%—20%或每立方米1—30元的稅率標準征稅。這意味著像羊易地熱發(fā)電站這樣年地熱流體循環(huán)量547萬立方米的地熱資源，需要繳納至少547萬元的資源稅。
有業(yè)內(nèi)人士曾指出，“對地熱能征收資源稅并不是征稅多少的問題，而是合理與否的問題。資源稅法規(guī)定對煤炭、石油、天然氣征收資源稅，是因為化石能源是不可再生資源。而地熱能是可再生能源資源，且用于供暖和發(fā)電用途本質(zhì)上只用熱未用水，并不符合從量計征的條件?！敝袊茖W院院士、中國地源熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟名譽理事長汪集暘此前在接受媒體采訪時同樣指出，“實際上，地熱用于供暖時，在100%同層回灌的前提下，地熱水僅作為能量載體，回灌后并不存在水的消耗問題?，F(xiàn)行可再生能源法已經(jīng)明確將地熱能納為可再生能源資源，對其征稅是不合理的?！?/p>
地熱站員工在對利用地熱資源進行供熱的運行設(shè)備進行巡檢。視覺中國供圖
探索梯級利用新模式攤薄開發(fā)成本
雖然仍面臨不少發(fā)展瓶頸，但地熱發(fā)電并非沒有機會。張大偉介紹，在地熱發(fā)電已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展的冰島，其成本已降低到約0.2元/度。從長遠角度看，地熱發(fā)電在經(jīng)濟上是可行的。
電價補貼被視為是擴大地熱發(fā)電開發(fā)規(guī)模，從而降低成本，打破發(fā)展惡性循環(huán)的有效手段?！暗責岚l(fā)電前期，需要采取風電和光伏類似的電價補貼。等發(fā)展到規(guī)?；?，成本就有可能降下來?！蓖跎泼衽e例介紹，目前補貼后的羊八井電站含稅上網(wǎng)電價為0.9元/度，并且已經(jīng)納入全國可再生能源電價附加分攤項目，經(jīng)濟效益較好。但由于我國地熱電價補貼政策為一站一議，缺乏全國統(tǒng)一補貼政策，后續(xù)開發(fā)的地熱電站不一定能夠爭取到補貼機會。2018年開發(fā)的羊易電站沒能爭取到地熱電價補貼，目前上網(wǎng)電價為0.25元/度，虧損嚴重。業(yè)內(nèi)專家預(yù)估，地熱發(fā)電要想實現(xiàn)盈利，上網(wǎng)補貼電價建議在0.65—0.85元/度?！耙坏┯泻侠淼碾妰r補貼，政府引導(dǎo)、企業(yè)積極參與，我相信中國地熱發(fā)電很快就能建立起來。”中國工程院院士何繼善認為。
除了立竿見影的補貼手段，梯級利用也被認為是能夠攤薄地熱開發(fā)成本的有效手段。地熱梯級利用是指根據(jù)地熱能的不同溫度進行逐級利用。一般情況下，高溫地熱首先用于發(fā)電，發(fā)電后產(chǎn)生的中低溫熱能可用于供暖、溫泉洗浴、養(yǎng)殖等。一次開發(fā)，多次利用，將建設(shè)成本在延長的利用鏈中逐級消化。
大理彌渡縣建設(shè)有全國最大的單品櫻桃番茄無土栽培生產(chǎn)基地，其溫室大棚需要大量能源維持溫度。基地建設(shè)企業(yè)大理春沐源農(nóng)業(yè)科技公司負責人曲健很期待地熱能梯級利用開發(fā)：“地熱發(fā)電剩余的尾水可以為溫室大棚提供熱量，節(jié)約其他能源消耗。”據(jù)曲健介紹，該公司溫室大棚每年約消費天然氣100萬立方米，成本超過500萬元，占總成本的30%?！叭绻麑⑻烊粴馓鎿Q為地熱能，公司的能源消費成本可以下降三分之一。”曲健表示。
2021年，國家能源局等8部門聯(lián)合發(fā)布關(guān)于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見。意見提出，鼓勵地方建設(shè)地熱能高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū)。鼓勵各地開展地熱能與旅游業(yè)、種養(yǎng)殖業(yè)及工業(yè)等產(chǎn)業(yè)的綜合利用、地熱能梯次開發(fā)利用以及地熱能開發(fā)運營與數(shù)字化、智能化發(fā)展相結(jié)合，總結(jié)各地區(qū)可復(fù)制、效果好的地熱能開發(fā)實踐經(jīng)驗，及時推廣典型案例。
在水熱型高溫地熱資源豐富的云南大理，當?shù)卣诓扇∫幌盗行袆?，推動地熱發(fā)電有序發(fā)展。大理州常務(wù)副州長李蘇表示，《大理州產(chǎn)業(yè)振興三年行動計劃（2022—2024年）》明確將地熱能列為重點發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)之一，探索地熱能勘查開發(fā)和綜合利用模式，建設(shè)大理國家級地熱能高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū)。
大理州能源局局長彭建華介紹說，大理通過對彌渡、洱海兩個試點縣的地熱資源勘探，初步優(yōu)選的區(qū)塊預(yù)計可以開發(fā)20—40兆瓦裝機的地熱發(fā)電項目。彌渡小河淌水片區(qū)作為第一個試點，以20兆瓦裝機發(fā)電為主開展梯級綜合利用，項目投資大約10億元，其中6億元用于發(fā)電項目，4億元用于綜合利用項目建設(shè)。
大理州相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)表示，地熱發(fā)電項目單體的經(jīng)濟性很大程度上取決于國家電價扶持政策。如果國家出臺電價扶持政策，將有利于試點項目的順利推進。除了前期資源勘查配套經(jīng)費外，大理州也將對地熱科研給予經(jīng)費支持。下一步他們將研究出臺具體的稅費減免政策。
（科技日報記者操秀英對本文亦有貢獻）
